复合导电纱线及其制备方法和应用

本申请涉及柔性导电纺织材料与智能加热纺织品，具体涉及一种复合导电纱线及其制备方法和应用。

背景技术：

1、可穿戴柔性加热织物在关节防寒、运动理疗、户外低温防护、医用热敷等领域具备极高应用价值，导电纱线作为发热织物的核心基材，其导电稳定性、柔性、耐弯折性、界面结合强度直接决定加热织物的使用寿命与使用安全性。现阶段主流导电纱线主要分为以下几类，均存在难以规避的技术短板：

2、第一类为碳基导电纱线（石墨烯、碳纳米管、炭黑掺杂纱线）：材料柔性尚可，但导电阈值高、发热不均匀，长期弯折后碳材料易剥离脱落，发热功率衰减明显，且难以实现低压快速升温；

3、第二类为金属基导电纱线（银纳米线、铜纳米颗粒、金属镀层纱线）：导电性能优异，但金属镀层刚性大、弯折易开裂，纳米金属材料成本高昂，同时存在金属氧化失效风险，穿戴舒适度极差；

4、第三类为液态金属导电纱线：液态金属具备本征高导电、超高柔性、无限形变适配性，是柔性发热织物最理想的导电介质，但液态金属表面存在致密惰性氧化层，与纺织纤维基底润湿性极差，直接涂覆后仅依靠物理吸附结合，界面结合力极低；摩擦、弯折、水洗过程中液态金属极易大面积脱落，导电网络快速断裂，无法实现长期稳定焦耳发热，成为制约液态金属导电纺织材料产业化的核心瓶颈。

5、现有研究多采用外加偶联剂、基底刻蚀改性、模板造孔等方式提升导电材料与纤维的结合力，工艺复杂、成本提升。并且，额外助剂会破坏导电材料的本征导电通路，牺牲导电性能。同时现有技术未实现聚合物自身成孔与界面化学作用的双重协同，无法同时满足物理锚定+化学键合双重稳定机制。

技术实现思路

1、鉴于背景技术中存在的技术问题，本申请提供了一种复合导电纱线及其制备方法与应用，旨在解决现有的复合导电纱线无法长期稳定焦耳发热的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种复合导电纱线的制备方法，包括如下步骤：

3、s1，将导电填料与活性高聚物分散液均匀混合，搅拌，得到均一稳定的复合涂覆液；

4、s2，将预处理后的纱线完全浸润于所述复合涂覆液中，使涂覆液均匀附着于所述纱线表面；

5、s3，将负载所述复合涂覆液的纱线置于凝固浴中，固化过程中，所述活性高聚物同步发生相分离自发形成多孔结构，同时活性高聚物表面活性基团与导电填料发生界面结合，在纱线表面形成复合导电涂层，烘干，即得到复合导电纱线。

6、进一步的，步骤s1中，所述活性高聚物与导电填料的质量比为(0.5-20)：1。

7、进一步的，所述导电填料为液态金属、银、金、铜、铝、石墨烯、碳纳米管、石墨、炭黑中的一种。

8、进一步的，所述活性高聚物为聚氨酯、海藻酸钠、壳聚糖、淀粉、sebs或者硅胶。

9、进一步的，所述活性高聚物分散液的浓度为10wt.%-15 wt.%。

10、进一步的，步骤s2中，所述预处理后的纱线是指将原始纺织纱线依次置于无水乙醇、去离子水中进行超声清洗后烘干得到的纱线。

11、第二方面，本申请实施例提供了一种复合导电纱线，根据前述技术方案中任一项所述的复合导电纱线的制备方法制备得到。所述复合导电纱线包括纱线基底和包覆于纱线基底外表面的复合导电涂层；所述复合导电涂层由导电填料与活性高聚物复合固化形成，所述复合导电涂层内部具有自发形成的微米级多孔结构；所述活性高聚物表面的活性基团与导电填料表面发生界面相互作用，在纱线表面构筑连续的三维导电网络；所述复合导电纱线通电后可产生稳定焦耳热，耐受反复弯折形变且导电与发热性能无明显衰减。

12、进一步的，所述复合导电涂层的厚度为10~5000μm，所述微米级多孔结构中的孔径为0.5~10μm，所述微米级多孔结构对所述导电填料形成物理嵌锁结构。

13、第三方面，本申请实施例提供了一种柔性关节加热织物，采用前述复合导电纱线经针织或机织工艺织造而成；所述柔性关节加热织物具备高柔性、高拉伸回复性(0%-100%)，可贴合人体关节曲面，关节反复屈伸动态形变工况下，织物导电通路不中断，持续稳定实现关节恒温加热。

14、本申请的有益效果如下：

15、本申请提供了一种复合导电纱线的制备方法，以柔性纱线为基底，利用聚氨酯成型造孔效应，通过聚氨酯溶液浓度梯度控制及其和液态金属表面相互作用，构建了具有多级孔结构的液态金属导电层，制备了具有良好导电性，且不具有拉伸敏感性的柔性导电纤维。

16、本申请提供的制备方法克服了液态金属因高表面张力无法通过常规方法沿纤维方向构建导电结构的问题，解决了传统柔性导电纤维广泛存在的，拉伸后电阻明显变化的问题，为柔性导电纤维的制备提供了创新思路。

17、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

1.一种复合导电纱线的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的复合导电纱线的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述活性高聚物与导电填料的质量比为(0.5-20)：1。

3.根据权利要求1所述的复合导电纱线的制备方法，其特征在于，所述导电填料为液态金属、银、金、铜、铝、石墨烯、碳纳米管、石墨、炭黑中的一种。

4.根据权利要求1所述的复合导电纱线的制备方法，其特征在于，所述活性高聚物为聚氨酯、海藻酸钠、壳聚糖、淀粉、sebs或者硅胶。

5.根据权利要求1所述的复合导电纱线的制备方法，其特征在于，所述活性高聚物分散液的浓度为10wt.%-15 wt.%。

6.根据权利要求1所述的复合导电纱线的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述预处理后的纱线是指将原始纺织纱线依次置于无水乙醇、去离子水中进行超声清洗后烘干得到的纱线。

7.一种复合导电纱线，其特征在于，所述复合导电纱线根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法制得；所述复合导电纱线包括纱线基底和包覆于纱线基底外表面的复合导电涂层；所述复合导电涂层由导电填料与活性高聚物复合固化形成，所述复合导电涂层内部具有自发形成的微米级多孔结构；所述活性高聚物表面的活性基团与导电填料表面发生界面相互作用，在纱线表面构筑连续的三维导电网络；所述复合导电纱线通电后可产生稳定焦耳热，耐受反复弯折形变且导电与发热性能无明显衰减。

8.根据权利要求7所述的复合导电纱线，其特征在于，所述复合导电涂层的厚度为10~5000μm，所述微米级多孔结构中的孔径为0.5~10μm，所述微米级多孔结构对所述导电填料形成物理嵌锁结构。

9.一种柔性关节加热织物，其特征在于，采用权利要求7或8所述的复合导电纱线经针织或机织工艺织造而成；所述柔性关节加热织物可贴合人体关节曲面，关节反复屈伸动态形变工况下，织物导电通路不中断，持续稳定实现关节恒温加热。